数字签名原理及其应用序言公钥加密与数字签名应用

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我是靠谱客的博主冷艳心锁，最近开发中收集的这篇文章主要介绍数字签名原理及其应用序言公钥加密与数字签名应用，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

序言

签名的作用简单来说就是证明某个文件上的内容确实是我写的/我认同的，别人不能冒充我的签名（不可伪造），我也不能否认上面的签名是我的（不可抵赖）。

我们知道，手写签名之所以不能伪造，是因为每一个人的笔迹都是独一无二的，即使模仿，也可以通过专家鉴定分别出来。而不可抵赖，是因为每个人的笔迹都有固定特征，这些特征是很难摆脱的。

正是这两点特性使得手写签名在日常生活中被广泛承认，比如签合同、借条等等。

而数字签名，它的作用跟手写签名其实是类似的，用来证明某个消息或者文件是本人发出/认同的。我国在2005年就已经施行《电子签名法》，确立了电子签名（包括但不限于数字签名）的法律效力。

那么数字签名又是靠什么保证不可伪造和不可抵赖两个特性呢？

答案是利用公钥加密系统。常用的签名算法有

RSA，基于大整数分解问题
DSA，基于离散对数问题
ECDSA，属于DSA的一个变种，基于椭圆曲线上的离散对数问题

其中RSA是上述几个算法中最容易实现数字签名的。

公钥加密与数字签名

数字签名的要求是，只有我自己能签我的名字，其他人能验证我的签名，但是不能伪造我的签名。

我们知道，公钥加密系统里面，使用公钥加密，就可以使用私钥来解密；使用私钥加密，也可以使用公钥来解密。消息加密利用的是前者，数字签名利用的是后者。

用私钥对消息进行加密，得到密文，其实就是一个签名的过程。因为私钥顾名思义是私密的，而且是唯一的，只有我自己知道，别人无法在不知道我的私钥的情况下模仿我的签名（不可伪造）。而公钥是公开的，其他人可以很容易地使用公钥去尝试解密生成的密文，然后就可以知道这个签名是不是我签的（不可抵赖）。

当然，在数字签名的过程中，对原文的保密性没有要求，所以加密、解密这样的名词在这个场景中并不准确，用签名和解签会更合适。

实际应用中，由于直接对原消息进行签名有安全性问题，而且原消息往往比较长，直接使用RSA算法进行签名速度会比较慢，所以我们一般对消息计算其摘要（比如SHA-256等），然后对摘要进行签名。只要使用的摘要算法是安全的（MD5、SHA-1已经不安全了），那么这种方式的数字签名就是安全的。

一个具体的签名过程如下：

小明对外发布公钥，并声明对应的私钥在自己手上
小明对消息M计算摘要，得到摘要D
小明使用私钥对D进行签名，得到签名S
将M和S一起发送出去

验证过程如下：

接收者首先对M计算摘要，得到D’
使用小明公钥对S进行解签，得到D
如果D和D’相同，那么证明M确实是小明发出的，并且没有被篡改过

应用

手写签名可以用来签合同，那么数字签名可以用来干什么呢？

网站认证

首先最常见的用处就是用来认证一个网站的身份。
比如我打开百度，百度是怎么保证显示在我眼前的网页就一定是百度生成的，不是其他人修改的呢？就是借助数字签名来实现的。

用IE浏览器打开百度，点击地址栏旁边的小锁，再点击查看证书，就可以看到百度主页的数字签名证书了。所谓证书，其实是对公钥的封装，在公钥的基础上添加颁发者、有效期等信息。
网站认证

“签名算法”一栏可以看到，它使用的是sha256RSA，也就是使用SHA-256计算摘要，然后使用RSA对摘要进行签名。而在“公钥”一栏则保存着该证书的“本体”，用于验证签名的RSA公钥。

代码签名

而除此之外，还有个地方我们经常碰到数字签名的——代码签名。

如果Windows上的可执行程序程序来源于正规公司，那么通常它会有代码签名，用于确保其来源可靠且未被篡改。以QQ为例，它的数字签名是这样的。

如果某个程序没有数字签名，那么它的安全性往往就没有保证；如果它有数字签名，但是显示“此数字签名无效”，那么这个程序要么被篡改了要么损坏了，不管哪种都不应该尝试执行它。

但是数字签名不是万能的。事实上不管是浏览器的数字签名还是代码的数字签名，都依赖于系统或者浏览器内置的根证书（公钥），如果电脑本身已经中毒或者被入侵，那么这些根证书可以被轻易添加或者修改，这时的数字签名的安全性可以说是荡然无存了。

即使是签名有效的软件，并不能保证签名的公司不耍流氓，因为申请合法证书的门槛其实并不高，很多流氓软件都是由一些不知名的小公司搞出来的；或者某些小公司篡改知名软件，加入自己的代码，然后将原来的签名替换成自己的签名，这些数字签名在系统看来也是有效的，但是我相信你不会想运行这些软件的。如果对安全性要求比较高，可以手动或者借助工具吊销那些不太安全的根证书，具体方法已经超出本文讨论范畴，读者可以自行寻找。

比特币

比特币是一种匿名的数字货币，它的身份认证是基于ECDSA。比特币的账户地址就是对公钥等信息计算摘要得到的，向全世界公布。比特币账户地址不包含你的个人信息（姓名、住址、电话号码之类的），确认你是账户拥有者的唯一办法就是看你有没有账户对应的私钥。如果账户私钥丢失，那么你将永远地失去里面的钱；一旦私钥被黑客盗取，账户里面的钱就完全归黑客所有。